地球作為太陽(yáng)系“家族”的一員，深受太陽(yáng)活動(dòng)的影響。我們的太陽(yáng)是顆躁動(dòng)不安的恒星。當(dāng)太陽(yáng)特別活躍時(shí)，太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)噴發(fā)出巨大的物質(zhì)和能量，它們穿越星際空間，到達(dá)地球附近，引起地球空間環(huán)境的劇烈擾動(dòng)，進(jìn)而影響人類和其它生物的生存和活動(dòng)。

 

　　一、太陽(yáng)風(fēng)暴爆發(fā)

 

　　在地球附近，來(lái)自太陽(yáng)的電磁輻射和攜帶太陽(yáng)磁場(chǎng)的太陽(yáng)風(fēng)與地球磁場(chǎng)和地球大氣相互作用，形成了由磁層、電離層和高層大氣組成的相對(duì)穩(wěn)定又緊密耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)通常稱為地球空間環(huán)境。當(dāng)太陽(yáng)劇烈爆發(fā)時(shí)，增強(qiáng)的電磁輻射、高能帶電粒子流和高速等離子體云將對(duì)地球形成三輪攻擊，打破地球空間環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定寧?kù)o的局面。

 

　　第一輪攻擊——增強(qiáng)的電磁輻射

 

　　太陽(yáng)電磁輻射的能量主要分布在可見(jiàn)光和近紅外光譜區(qū)。當(dāng)太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)，射電、紫外和X射線波段的電磁輻射的增強(qiáng)幅度可達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這些增強(qiáng)的輻射以光速（大約8分鐘）抵達(dá)地球空間，由于磁層無(wú)法攔截電磁輻射，它們就直接進(jìn)入到電離層和高層大氣，使電離層中的電子濃度急劇增大，引發(fā)電離層突然騷擾，可導(dǎo)致短波無(wú)線電信號(hào)衰落，甚至中斷。

 

　　第二輪攻擊——高能帶電粒子流

 

　　高能帶電粒子流速度比炮彈快萬(wàn)倍以上，（大約30分鐘）到達(dá)地球空間后轟擊磁層，并能突破地球磁場(chǎng)的重重防線，進(jìn)入衛(wèi)星軌道，對(duì)衛(wèi)星和其它空間飛行器來(lái)說(shuō)可能就是一場(chǎng)災(zāi)難；對(duì)于在空間執(zhí)行任務(wù)的航天員來(lái)說(shuō)，若遭遇到這樣的高能粒子流，他們的生命安全可能會(huì)受到威脅；對(duì)于穿越極區(qū)的航空乘客來(lái)說(shuō)，若穿越時(shí)恰逢高能粒子流的沉降，他們的輻照劑量會(huì)增大，健康將受影響。由于極區(qū)地磁場(chǎng)的磁力線是開(kāi)放的，高能粒子流能夠沿著磁力線沉降到極蓋區(qū)上層大氣中，引發(fā)極蓋吸收事件，影響極區(qū)無(wú)線電通信。

 

　　第三輪攻擊——等離子體云

 

　　等離子體云以日冕物質(zhì)拋射的形式從太陽(yáng)上噴發(fā)出來(lái)，將巨大的能量?jī)A泄到磁尾的大尺度空間中，引發(fā)磁層劇烈動(dòng)蕩。磁尾高密度的等離子體在電磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，加速?zèng)_向地球（大約18小時(shí)-數(shù)天），增強(qiáng)赤道環(huán)電流，引起全球范圍劇烈的地磁擾動(dòng)——地磁暴，等離子體也可能在從磁尾注入到地球過(guò)程中被加速，同時(shí)有輻射帶的高能電子推波助瀾，形成全球范圍的高能電子增強(qiáng)現(xiàn)象——高能電子暴。等離子體還可以注入到極區(qū)和電離層中，引發(fā)電離層暴，同時(shí)轟擊高層大氣，形成絢爛多彩的極光。

 

　　二、歷史上的強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴

 

　　太陽(yáng)風(fēng)暴的歷史由來(lái)已久。19世紀(jì)50年代以前，它留給人類主要是一幅幅多姿多彩的極光圖像和一段段美麗動(dòng)人的極光神話。在此之后，太陽(yáng)風(fēng)暴帶給人類社會(huì)更多的是一道道傷痕，而且隨著社會(huì)發(fā)展，其傷害所涉及的范圍也越來(lái)越廣，上可到太空中遨游的衛(wèi)星，下可達(dá)海底中深埋的電纜。我們通過(guò)三次強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴事件來(lái)了解一下太陽(yáng)風(fēng)暴的威力。

 

　　No.1超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴-1859年卡林頓事件

 

　　太陽(yáng)風(fēng)暴的等級(jí)可以從X射線耀斑、質(zhì)子事件以及地磁暴的強(qiáng)度進(jìn)行劃分。在卡林頓事件發(fā)生期間，觀測(cè)技術(shù)還不夠成熟，空間環(huán)境擾動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也不夠全面。但事后人們從高能粒子數(shù)量、極光范圍、地磁擾動(dòng)和造成的危害這幾個(gè)方面還是可以推斷出卡林頓事件是歷史最強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴。

 

　　事件強(qiáng)度

 

　　高能粒子數(shù)量：大于30兆電子伏的質(zhì)子通量達(dá)到1.9×1010個(gè)/cm2，是排名第四的1972年高能粒子事件的4倍。創(chuàng)下了迄今為止高能粒子事件最強(qiáng)紀(jì)錄。

 

　　極光范圍：1859年8月28日-9月4日磁暴期間，在北美、南美、歐洲、亞洲等多地看到極光。在古巴，人們居然能夠在極光下讀晨報(bào)，這些紀(jì)錄一直保持到現(xiàn)在。

 

　　地磁擾動(dòng)：在太陽(yáng)耀斑爆發(fā)的17.5小時(shí)后，Dst指數(shù)最大下降到-1760納特。這次事件的地磁暴強(qiáng)度是1989年3月地磁暴的4倍。

 

　　造成的危害

 

　　卡林頓事件對(duì)電報(bào)業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p害。意大利的托斯卡納等廣大地區(qū)的電報(bào)站機(jī)器都出現(xiàn)了閃火花現(xiàn)象，甚至電線也被熔化了。并且隨著時(shí)間推移，波士頓至波特蘭的電報(bào)線在沒(méi)有電池的情況下，依靠地磁暴產(chǎn)生的電流持續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)兩小時(shí)之久。

 

　　No.21989年3月太陽(yáng)風(fēng)暴-魁北克省大斷電事件

 

　　1989年3月，日面上出現(xiàn)了一個(gè)超級(jí)活動(dòng)區(qū)，該活動(dòng)區(qū)掀起了一場(chǎng)劇烈的太陽(yáng)風(fēng)暴，使地球上發(fā)生了一次史上有名的強(qiáng)磁暴，同時(shí)也給人類社會(huì)帶來(lái)了一系列災(zāi)難。此次太陽(yáng)風(fēng)暴的危害主要表現(xiàn)為對(duì)加拿大魁北克省電力系統(tǒng)的嚴(yán)重破壞，因此，我們將這次太陽(yáng)風(fēng)暴稱為“魁北克省大斷電事件”。

 

　　事件強(qiáng)度

 

　　高能粒子通量：受太陽(yáng)耀斑及拋射的等離子體云影響，發(fā)生2次強(qiáng)太陽(yáng)質(zhì)子事件。第一次大太陽(yáng)質(zhì)子事件持續(xù)5天，峰值通量為1500pfu，第二次大太陽(yáng)質(zhì)子事件持續(xù)2天，峰值通量為1250pfu。

 

　　地磁暴：這次地磁暴連續(xù)10個(gè)3小時(shí)Kp指數(shù)大于7，有2個(gè)3小時(shí)ap指數(shù)達(dá)到最大值400。根據(jù)1932年以來(lái)每天的Ap指數(shù)來(lái)排序，3月13日的Ap值排名高居第二，為246。這次地磁暴Dst指數(shù)值為-589納特斯拉，其強(qiáng)度遠(yuǎn)大于排名第二的-429納特斯拉。

 

　　電離層擾動(dòng)：共產(chǎn)生100多次電離層突然騷擾。

 

　　大氣層擾動(dòng)：480千米高度處的大氣密度增加了4倍。

 

　　極光：較低緯度地區(qū)如北半球的美國(guó)佛羅里達(dá)州、古巴等地都看到了極光。

 

　　造成的危害

 

　　電力系統(tǒng)：加拿大魁北克省電力系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。地球強(qiáng)磁暴導(dǎo)致加拿大魁北克省電網(wǎng)主要線路上的一個(gè)變壓器因感應(yīng)電流過(guò)大而燒毀，整個(gè)電網(wǎng)在不到90秒鐘就全部癱瘓，致使該電網(wǎng)所管轄的區(qū)域陷入黑暗和寒冷。

 

　　衛(wèi)星：在太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)期間，地球高軌道高能粒子通量和低軌道大氣密度的增加以及地球磁場(chǎng)劇烈變化導(dǎo)致許多衛(wèi)星也遭受了不同程度的影響。如美國(guó)GOES-7衛(wèi)星損失了一半太陽(yáng)能電池，致使其壽命縮短了一半；3月17日，日本通訊衛(wèi)星CS-3B異常，搭載在衛(wèi)星上的備用命令電路損壞等等。

 

　　No.32003年萬(wàn)圣節(jié)太陽(yáng)風(fēng)暴

 

　　2003年10月底至11月初期間，太陽(yáng)上發(fā)生了一系列強(qiáng)烈的爆發(fā)活動(dòng)，造成了日地空間環(huán)境巨大擾動(dòng)。受此影響，美國(guó)加州中部上空出現(xiàn)了罕見(jiàn)的極光；約半數(shù)衛(wèi)星出現(xiàn)故障，日本先進(jìn)地球觀測(cè)衛(wèi)星-2（ADEOS-2）完全失效；全球范圍內(nèi)的通訊受到干擾，海事緊急呼叫系統(tǒng)癱瘓，珠峰探險(xiǎn)隊(duì)通訊中斷；全球定位系統(tǒng)精度降低；瑞典5萬(wàn)人的電力供應(yīng)中斷……如此強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴在歷史上非常罕見(jiàn)，因正值西方萬(wàn)圣節(jié)前后而被命名為“萬(wàn)圣節(jié)太陽(yáng)風(fēng)暴”。

 

　　事件強(qiáng)度

 

　　太陽(yáng)耀斑：日面上共爆發(fā)了57個(gè)M級(jí)以上的X射線耀斑，包括11個(gè)X級(jí)的大耀斑；同時(shí)伴隨有至少15個(gè)暈狀日冕物質(zhì)拋射及大量的小日冕物質(zhì)拋射。其中X28級(jí)巨耀斑是自1976年以來(lái)觀測(cè)到的最大耀斑。

 

　　高能粒子通量：太陽(yáng)質(zhì)子事件的峰值流量達(dá)到29500pfu，是GOES衛(wèi)星1976年觀測(cè)以來(lái)第4大值。

 

　　地磁暴：Ap指數(shù)達(dá)到204，是自1932年有記錄以來(lái)的第9大極值。

 

　　造成的危害

 

　　通信衛(wèi)星：致使46顆通信衛(wèi)星報(bào)告了異常。

 

　　國(guó)際空間站：經(jīng)歷了反常摩擦阻力。

 

　　深空任務(wù)：安裝在“奧德賽號(hào)”飛船上的火星環(huán)境輻射探測(cè)儀（（MARIE），其目的原本是用于探測(cè)星輻射環(huán)境以確定宇航員在火星上所遭受到的輻射危險(xiǎn)，在28日卻由于粒子輻射發(fā)出溫度紅色警報(bào)而自動(dòng)關(guān)閉，至今沒(méi)有恢復(fù)。

 

　　地球軌道衛(wèi)星：大約59%的空間科學(xué)任務(wù)受到了影響，其中24%的任務(wù)關(guān)閉的儀器采用可保護(hù)行為。

 

　　通信：全球短波通訊中斷，超視距雷達(dá)、民航通訊出現(xiàn)故障；伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)美英聯(lián)軍通訊受到影響；珠穆朗瑪峰探險(xiǎn)隊(duì)和一些電視廣播通訊公司遭到了嚴(yán)重的高頻射電短期干擾；我國(guó)北方短波通訊受到嚴(yán)重干擾，北京、滿洲里無(wú)線電觀測(cè)點(diǎn)短波信號(hào)一度中斷。

 

　　導(dǎo)航：羅蘭C導(dǎo)航定位系統(tǒng)報(bào)告了數(shù)次的干擾問(wèn)題，GPS用戶也報(bào)道了應(yīng)用衰弱和中斷。

 

　　航空：極區(qū)航線受到很大影響。

 

　　電力：瑞典馬爾默市南部的一個(gè)電力系統(tǒng)遭到破壞，有5萬(wàn)居民用電供應(yīng)中斷。

 

　　三、如何應(yīng)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴？

 

　　了解了歷史上強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴帶給人類社會(huì)的危害，我們應(yīng)該清楚強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴可能給國(guó)家安全穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的危害，是當(dāng)前必須高度重視的一種自然災(zāi)害現(xiàn)象。我們不能對(duì)強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴及其影響掉以輕心。針對(duì)我國(guó)國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)措施有限，空間資產(chǎn)大量增加的情況，如何應(yīng)對(duì)極端空間天氣的影響，既是各級(jí)政府的職責(zé)，也是空間科學(xué)領(lǐng)域和各社會(huì)團(tuán)體的基本義務(wù)，必須做到未雨綢繆。

 

　　一是加強(qiáng)空間天氣事件知識(shí)普及，提高對(duì)其潛在危害性的認(rèn)識(shí)。

 

　　我國(guó)對(duì)空間天氣事件觀測(cè)、預(yù)報(bào)、產(chǎn)品制作與服務(wù)起步較晚，目前仍局限在部分業(yè)務(wù)領(lǐng)域，主要集中在對(duì)空間資產(chǎn)的影響及防護(hù)。我國(guó)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模大、防護(hù)措施不到位，大部分國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施管理與運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)空間天氣事件影響缺乏基本認(rèn)識(shí)。因此，首先應(yīng)大力推進(jìn)空間天氣事件及影響知識(shí)的普及，提高對(duì)極端空間天氣事件影響危害的認(rèn)識(shí)。需要加大有關(guān)太陽(yáng)、日地空間、空間天氣事件、事件影響等知識(shí)的科普宣傳。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)代信息傳播手段的特點(diǎn)，制作形式多樣且容易被不同受眾接受的信息產(chǎn)品。

 

　　二是大力構(gòu)建空間環(huán)境研究與觀測(cè)網(wǎng)，提高空間天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品服務(wù)水平。

 

　　空間天氣變化與太陽(yáng)活動(dòng)直接相關(guān)，既有一定的變化特征和規(guī)律，又有很大隨機(jī)性與突發(fā)性。因此，空間天氣事件預(yù)報(bào)和預(yù)警必須建立在持續(xù)太陽(yáng)觀測(cè)，以及長(zhǎng)期歷史積累資料分析研究基礎(chǔ)上。首先，要建立以地面觀測(cè)系統(tǒng)為主，地面與空間觀測(cè)相結(jié)合的太陽(yáng)觀測(cè)網(wǎng)，進(jìn)一步做好觀測(cè)數(shù)據(jù)積累、處理與應(yīng)用工作。其次，要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，針對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)變化的規(guī)律及對(duì)地球空間環(huán)境影響的特征，研究制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系。第三，不斷提高空間天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作與服務(wù)水平，理順空間天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品的服務(wù)渠道，增強(qiáng)對(duì)極端空間天氣事件的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

 

　　三是積極參加國(guó)際空間環(huán)境領(lǐng)域合作，不斷提升應(yīng)對(duì)空間天氣事件能力。

 

　　空間天氣事件影響作為一種全球安全威脅，受到越來(lái)越多國(guó)家政府的重視，正在成為各國(guó)政府聯(lián)合應(yīng)對(duì)的全球挑戰(zhàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，由國(guó)際機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)展的太陽(yáng)觀測(cè)、研究等活動(dòng)，在空間環(huán)境研究、空間天氣事件預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮了積極作用。我國(guó)作為一個(gè)世界性大國(guó)，在空間研究開(kāi)發(fā)利用等方面有能力和義務(wù)走在前列。我們應(yīng)積極參加空間天氣與空間環(huán)境觀測(cè)研究領(lǐng)域國(guó)際合作，同時(shí)，也有責(zé)任牽頭和倡導(dǎo)國(guó)際合